基于双目视觉多曝光的粒子轨迹测速方法研究

提出双目视觉结合单帧多曝光技术的粒子轨迹测速(PSV)方法,通过长短曝光组合判断速度方向,采用灰度拟合法识别轨迹特征,并采用轨迹中心点进行速度计算以提高速度测量的准确性.该方法采用最邻近点匹配及倾斜角约束对同一颗粒的多段轨迹进行匹配与排序,利用极线约束对轨迹特征点进行双目匹配,对三维重建后的特征点进行B样条拟合以计算粒...     

用于层析粒子图像测速的模拟粒子场成像

对层析粒子图像测速(PIV)技术中示踪粒子成像部分进行理论分析,并结合真实风洞的相应参数,通过搭建模拟粒子成像平台的方法来进行研究。设计了一套体积为80 mm×100 mm×100 mm的激光照明系统,以提供粒子场的入射光强。建立了示踪粒子的三维成像模型,从而得到层析PIV系统的模拟图像。分析了影响PIV系统成像质量的相关因素。在单像素粒子数为0.007 7的情况下,通过真实粒子图像和模拟粒子图像比较,验证了该方法的正确性。     

新型显微成像光谱仪系统中线阵针孔离焦研究

显微成像光谱仪技术是最近新兴的一种生物组织检测方法,它可以广泛应用在生物医学检测,疑难病症分析、预防、诊断中,已经成为当今生物组织检测领域研究的热点。提出了一种新型的基于线阵针孔阵列的激光扫描共焦显微成像光谱仪系统LP-LSCMIS方案,介绍了其工作原理及优点,讨论了该装置中线阵针孔阵列离焦对系统性能的影响,分析了离焦对生物组织荧光图像的光谱分辨和自体荧光光谱的调制深度的影响。推导出了光谱分辨和调制深度与离焦量的关系式。结果表明,离焦对仪器的性能有较大的影响,因此在装置装调时要求有更高精度的调整机构。     

投射离焦三维测量方法

提出了一种在投射光路中实现主动离焦三维测量的方法。该方法采用改变投射参数来拍摄物体的两幅图像,通过计算图像的调制度分布来获得物体的三维分布。该方法不但可使三维测量的空间分辨率达到单个像素,而且扩大了离焦三维测量的使用范围。实验得到的精度高于2.8%。     

显微散焦粒子识别与追踪测速

根据三孔挡板散焦成像的原理,使用高速散焦显微粒子测速装置开展三维显微粒子追踪测速研究。在粒子散焦像识别的过程中利用了其对应三角模型相似的特点,通过散焦像斑灰度呈二维高斯分布特征计算其质心。在粒子三维位置测量算法分析的过程中选择了多达29颗的样品粒子,对29组不同深度的数据采用线性拟合的方式进行粒子深度方向的标定,并用二元多项式对870组数据拟合获得了关于粒子平面位置漂移的补偿函数。针对长直微通道内雷诺数Re分别为0.05和0.1的流场进行了验证性测量,采用20′0.4显微物镜,使用高速CMOS相机对直径为2mm的粒子进行追踪。结果显示,计算出的示踪粒子速度分布与数值仿真曲线吻合良好。     

基于粒子成像测速技术的水中气泡界面的光学性质研究

基于粒子成像测速的流体可视化技术，根据菲涅耳公式计算了入射到水中气泡界面的光强，得出点光源连续两次反射或折射的光强具有等比数列的规律，光线在气泡界面反射、折射4次就变成完全偏振光且光线几乎消失.当入射角避开35°左右时，即便有一定宽度的线光源入射到气泡界面，第2次折射出气泡的光强与线光源的宽度无关，类似一条光线入射所产生的光强，给出了面光源在界面所产生的光强的二重积分表达式.线光源所产生的界面光强理论值、面光源产生的光强数值解与实验值都较为符合. 关键词： 水中气泡 界面 光强 粒子成像测速     

基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法

复杂表面的精密三维测量在工业无损检测中非常重要。二进制条纹离焦投影方法在快速三维测量中有重要的应用前景,但该方法难以实现复杂表面高精度三维测量。为此,提出了基于二进制条纹加相位编码条纹离焦投影的三维测量方法。由于离焦投影滤除了高次谐波和高频噪声,可以克服投影仪的非线性伽马效应,与传统投影正弦条纹方法相比,提高了其测量精度。针对离焦投影时,随着相位编码条纹频率增大,条纹级次判决困难,出现周期错位,导致相位解包裹出错,提出了相移编码方法来解决以上问题。采用相移编码方法校正周期错位,使条纹级次判决准确,进一步提高其测量精度。实验结果表明,其测量精度可以达到0.044 mm,验证了本方法的有效性和实用性。     

基于数字粒子图像测速的水雾粒径测量算法及实验

针对利用传统数字粒子图像测速（DPIV）法测量水雾粒径时粒子影像拉长对测试结果的影响,提出了基于DPIV建立的改进图像法（IIM）。设计了水雾粒径测量试验系统,对细水雾进行实时测试,并对比了采用本文算法与直接等效法测试水雾粒径子半径的差异。结果表明：采用本文的IIM得到的测试结果更为准确。通过最小二乘法对粒径分布进行拟合,发现对数正态分布函数和威布尔函数都可以较好地描述粒径分布。     

主动离焦三维测量的调制度全局计算方法

提出了离焦三维测量的全局计算方法。通过向物体投射正弦光栅,使物体上任一点的光分布在光栅频率(局域傅里叶变换)处的光强度等于该处的调制度,利用拍摄物体的两幅离焦像的调制度之比,得到了物体的深度分布。不但消除了过去主动离焦三维测量采用局域傅里叶变换带来的测量误差,同时计算程序简单、速度快,具有较好的实用性。     

多光谱成像的粒子图像测速

基于时间分辨的粒子图像测速技术(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)是一种广泛应用的非接触式二维瞬时流场可视化测量技术。为了得到流场精细的瞬态空间结构和演变过程,提出了一种利用多光谱成像技术来提高流场测量的时间分辨率的方法。利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一测量区域,使用多光谱成像系统采集不同波长的粒子图像,经过图像分离,判决计算产生速度矢量场。为了验证这一原理的可行性,使用三种不同波长(488,532和632.8 nm)的单色光谱脉冲搭建了一套基于多光谱成像的TR-PIV系统,通过多波长激光脉冲之间时序的精确控制,将两帧图像之间的时间间隔从10 ms缩短至3.4 ms,时间分辨率提高了3倍。结果表明基于多光谱的TR-PIV测量系统在保持PIV技术瞬时全场测量特点的同时,时间分辨率大为提高。     

基于高斯拟合的条纹管成像激光雷达目标重构

为得到更为精细的三维重构,提出一种基于信赖域法高斯拟合的峰值探测法,对每帧图像单时间通道的回波进行高斯建模,建模结果可有效减小噪声干扰,具有唯一峰值,该结果作为新的回波波形,再对其进行峰值探测,并基于空中目标实验数据对本文方法进行验证.实验结果表明,基于高斯拟合的峰值探测法可将特征数据的提取误差降至10%以内;利用该方法提取特征数据进行目标三维重构,可实现探测深度方向上最小30cm的空间分辨力,提高了条纹管激光雷达的三维成像精度.     

针孔阵列扫描成像系统研究

采用多针孔线阵配 X光条纹相机 ,由多个针孔的一维条纹图像的数据 ,利用图像处理技术重建出二维图像。由此获得一项高时间分辨的二维空间成像技术 (MIXS) ,此技术利用现有的设备获得比 X光分幅相机高得多的时间分辨的二维图像。     

条纹管激光成像雷达条纹图像噪音分析与处理

从条纹管激光成像雷达的结构和成像原理出发,讨论了各种噪音来源、噪音特点、影响因素、对最终图像的贡献大小和抑制方法.通过条纹管激光成像雷达阶梯目标扫描成像实验结果分析,噪音源理论分析得到了验证.结合条纹图像处理的特殊目的,通过对比几种边界保持类平滑滤波算法,得出K近邻平滑均值滤波器具有更低的时间复杂度和空间复杂度和更好的滤噪效果,当取N=7,K=25时,可以在允许的处理时间内极大地提高条纹图像信噪比,然后,利用阈值算法有效滤除了背景噪音,最终成功地从复杂的噪音中提取到了条纹数据.这项工作为后续的目标像重构奠定了基础,并指出了下一步工作的方向和重点.     

离焦系统下的单分子三维取向研究

提出了一种新思路来确定单分子的三维取向,在全内反射荧光显微成像的基础上,在显微镜的油镜上加一个水层,水和油的折射率不同造成光程差,产生离焦,利用全内反射产生隐失波激发了单分子的纵向分量,并在探测器前增加了一个分光镜,把光路分成偏振方向相互垂直的两束光,使得探测器上的光场分布包含单分子三维取向的信息。推导了隐失场激发的偶极矩光场在探测器上的光强分布表达式,通过分析偏振方向相互垂直的两束光在探测器上的不同的强度分布,来判断单分子偶极矩的三维取向。     

Particle Tracking Velocimetry using the genetic algorithm

A new concept genetic algorithm (GA) has been implemented and tested for the use in the 2-D and 3-D Particle Tracking Velocimetry (PTV). The algorithm is applicable to particle images with larger (greater than 2000) number of particles without losing the excellent accuracy in the particle matching results. This is mainly due to a new fitness function as well as unique genetic operations devised especially for the purpose of particle matching problem. The new fitness function is based on the relaxation of movement of a group of particles and is particularly suited for an increased density of particle images. The unique genetic operations give rise to the concentration of more fit genes in the forward part of the gene strings where the crossover and mutation processes are suppressed. The new algorithm also profits from the new genetic encoding scheme which can deal with the loss-of-pair particles (i.e., those particles which exist in one frame but do not have their matching pair in the other frame), a typical problem in the real image particle tracking velocimetry. In the present study, the new method is tested with 2-D and 3-D synthetic as well as real particle images with a large number of particles.     

条纹管激光成像系统空间分辨力实验研究

简要分析了非扫描激光成像的技术优势,介绍了利用条纹管实现非扫描激光成像的工作原理,说明了图像空间分辨力与系统距离精度的对应关系。对影响图像空间分辨力的主要因素进行了理论分析,得到了系统总空间分辨力与各单元器件空间分辨力和放大倍率的对应关系,在此基础上,对现有条纹管成像系统进行了相应的计算,得到了空间分辨力的理论预期值;最后,提出了一种基于分辨力板成像的系统空间分辨力测试方法,设计了相应的验证实验,对实测图像进行了去噪处理和数据分析,得到了图像的衬比度传递函数(CTF)曲线,通过衬比度传递函数分析,计算出了成像系统的实际空间分辨力,并将实测的分辨力数据与理论值进行了对比分析。     

Particle Image Velocimetry Applied to a Spray Jet

Experiments are described in which particle image velocimetry (PIV) is applied to the measurement of liquid droplets in a spray jet. The two velocity components in planes formed by the light sheet originating from a double-pulsed ruby laser are determined. The PIV records are evaluated with the method of Young's fringes. It is shown that this procedure allows the simultaneous measurement of the droplet size within a certain size range.     

基于成像法的气溶胶粒形和散射分析仪

粒形是影响气溶胶粒子光散射特性的基本参量,其定量信息的研究受到越来越多的关注。气溶胶粒形的常规测量手段为散射法和显微成像法。将散射法与显微成像法有机结合,提出了基于成像法设计气溶胶粒形和散射分析仪的新方案,实现了仪器测量的自身完善。利用自编的无限长圆柱理论的仿真程序,分析了线偏振光入射下,已知形状的单个棉絮纤维粒子的散射强度和偏振。实验数据和程序运算结果的比较表明,用该方法设计的分析仪的检测是可靠的。     

对地观测平台恒星敏感器离焦成像折中设计分析

从对地观测平台角秒量级姿态确定需求出发,在构建星敏感器惯性系成像模型的基础上指出,恒星在成像面上的定位误差是星敏感器姿态确定误差的主要来源。同时,结合理想光学系统离焦模型,分析了星敏感器主要性能指标间的量化关系,并给出了成像面定位误差最低限。仿真结果表明,从优化系统性能考虑,成像模糊区直径为2~3个像元的配置是利用星敏感器焦平面的“轻微离焦”来实现亚像元定位的最佳方案,定位误差可达0.2个像元,能够满足星敏感器惯性姿态确定精度4″~5″的要求。理论分析和数值仿真结果可为后续星敏感器指标的提出及仪器设计提供技术参考。